Условия для образования
Атмосферная обстановка
Температурные градиенты
Град формируется в мощных кучево-дождевых облаках, где важным фактором становятся температурные градиенты. Эти перепады температуры по высоте создают условия для многократного перемещения капель воды между холодными и теплыми слоями. При подъеме в зону с отрицательной температурой капли переохлаждаются и замерзают, образуя ледяные ядра. Опускаясь вниз, они покрываются слоем воды, которая снова замерзает при следующем подъеме.
Чем сильнее температурные градиенты, тем интенсивнее конвективные потоки внутри облака. Это приводит к многократному росту градин за счет намерзания новых слоев льда. Крупный град образуется при значительной разнице температур между нижними и верхними слоями атмосферы, что усиливает вертикальные движения воздуха. Только при таких условиях частицы успевают набрать достаточную массу, прежде чем выпасть на землю.
Температурные градиенты также влияют на структуру градин. Если перепады резкие, лед формируется неравномерно, создавая слоистую текстуру с чередованием прозрачных и мутных слоев. Это результат быстрого или медленного замерзания воды на поверхности градины в разных условиях. Таким образом, без температурных градиентов процесс образования града был бы невозможен.
Влажность воздушных масс
Влажность воздушных масс напрямую влияет на формирование града. Чем выше содержание водяного пара в атмосфере, тем больше вероятность развития мощных кучево-дождевых облаков, внутри которых и происходит процесс образования градин.
Теплый влажный воздух, поднимаясь вверх, охлаждается, что приводит к конденсации пара в капли воды. Если температура опускается ниже нуля, эти капли превращаются в ледяные кристаллы. Восходящие потоки внутри облака подхватывают их, заставляя многократно перемещаться вверх и вниз.
При каждом движении кристаллы сталкиваются с переохлажденными каплями, которые намерзают на их поверхность. Так формируются слои льда, увеличивая размер градин. Чем сильнее восходящие потоки, тем дольше градины остаются в облаке и тем крупнее они становятся.
Когда их масса превышает силу поддерживающих потоков, градины падают на землю. Высокая влажность способствует интенсивному росту града, так как обеспечивает облако большим количеством переохлажденной воды.
Облачные структуры
Типы кучево-дождевых облаков
Кучево-дождевые облака, или мощные вертикальные облачные структуры, являются основным источником града. Они формируются при интенсивной конвекции, когда теплый влажный воздух быстро поднимается вверх, охлаждается и конденсируется в капли воды. В верхних слоях облака температура опускается ниже нуля, и капли переохлаждаются, сталкиваясь с ледяными кристаллами.
Эти облака делятся на несколько типов в зависимости от стадии развития и структуры. Одноячейковые кучево-дождевые облака представляют собой отдельные изолированные образования с кратковременными осадками. Многоячейковые комплексы состоят из нескольких ячеек на разных стадиях развития, что увеличивает продолжительность ливней и вероятность града. Суперъячейковые облака — самые мощные, с вращающимся восходящим потоком, создающим крупные градины.
Механизм образования града связан с многократным подъемом и опусканием ледяных частиц внутри облака. Подхваченные сильными восходящими потоками, они покрываются слоями переохлажденной воды, которая замерзает. Чем дольше частица циркулирует в облаке, тем больше становится градина. Когда она становится слишком тяжелой, чтобы удерживаться восходящим потоком, падает на землю.
Размер града зависит от мощности облака и силы восходящих потоков. В суперъячейковых облаках они могут достигать нескольких сантиметров в диаметре. Такие облака часто сопровождаются грозами, шквалистым ветром и ливнями, представляя опасность для сельского хозяйства и инфраструктуры.
Мощность восходящих потоков
Мощность восходящих потоков напрямую влияет на формирование града. Чем сильнее поток воздуха, поднимающийся в грозовом облаке, тем дольше капли воды и ледяные частицы удерживаются в верхних слоях атмосферы.
При столкновении переохлажденных капель с ледяными кристаллами они начинают обрастать слоями льда. Чем мощнее восходящий поток, тем больше раз частицы поднимаются и опускаются внутри облака, наращивая новые слои. В результате образуются градины разного размера — от мелкой крупы до крупных ледяных шаров.
Сильные восходящие потоки характерны для мощных кучево-дождевых облаков. Чем выше скорость подъема воздуха, тем дольше градины остаются в облаке и тем больше становятся. Когда их вес превышает силу потока, они падают на землю.
Ключевые факторы, от которых зависит размер града:
- Скорость восходящих потоков.
- Количество переохлажденной влаги в облаке.
- Температура на разных высотах.
Чем интенсивнее процесс, тем крупнее и опаснее могут быть градины. В некоторых случаях они достигают размеров теннисного мяча, нанося серьезный ущерб.
Этапы формирования градин
Зарождение ледяных ядер
Переохлажденные капли воды
Переохлажденные капли воды — это капли, которые остаются в жидком состоянии при температурах ниже нуля градусов по Цельсию. Такое состояние возможно, если в воде отсутствуют центры кристаллизации, например частицы пыли или другие примеси. В облаках на большой высоте, где температура опускается значительно ниже нуля, капли могут долгое время не замерзать, оставаясь в метастабильном состоянии.
Когда переохлажденные капли сталкиваются с ледяными кристаллами или другими твердыми частицами, они мгновенно замерзают. Этот процесс запускает цепную реакцию, приводящую к образованию градин. Чем сильнее восходящие потоки воздуха в грозовом облаке, тем дольше частицы льда удерживаются в зоне переохлажденных капель, обрастая новыми слоями льда.
Град формируется в кучево-дождевых облаках, где мощные вертикальные движения воздуха поднимают капли вверх, где они охлаждаются и замерзают. Постепенно нарастая, градины достигают таких размеров, что сила тяжести преодолевает сопротивление восходящих потоков, и они падают на землю. Размер градин может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, в зависимости от условий в облаке.
Чем дольше градина остается в облаке, тем больше слоев льда она накапливает. Иногда внутри градины можно наблюдать чередующиеся слои прозрачного и мутного льда, что связано с разной скоростью замерзания воды при изменяющихся условиях в облаке. Переохлажденные капли — один из ключевых факторов, определяющих интенсивность и размеры града.
Ледяные кристаллы
Ледяные кристаллы — это основа града, который формируется в мощных кучево-дождевых облаках. Процесс начинается с восходящих потоков воздуха, поднимающих капли воды на большую высоту, где температура опускается ниже нуля. Переохлаждённые капли сталкиваются с мельчайшими частицами пыли или льда, превращаясь в зародыши будущих градин.
Постепенно эти зародыши начинают расти, обрастая новыми слоями льда. Это происходит из-за многократного перемещения градин внутри облака: сильные восходящие потоки снова поднимают их в холодные слои, где вода на поверхности мгновенно замерзает. Чем дольше градина циркулирует в облаке, тем крупнее она становится.
Когда вес градины превышает силу восходящего потока, она падает на землю. Размер градин зависит от интенсивности процессов внутри облака — иногда они достигают нескольких сантиметров в диаметре. Форма градин тоже может быть разной: от почти идеальной сферы до неправильных угловатых структур, что связано с неравномерным нарастанием льда.
Рост градин
Движение внутри облака
Град возникает в мощных кучево-дождевых облаках, где сильные восходящие потоки воздуха поднимают капли воды на большую высоту. Внутри облака температура падает ниже нуля, и капли начинают замерзать, превращаясь в крошечные ледяные кристаллы.
Эти кристаллы сталкиваются с переохлаждёнными каплями, которые мгновенно замерзают на их поверхности, постепенно увеличивая размер градин. Чем сильнее восходящий поток, тем дольше градина остаётся в облаке, обрастая новыми слоями льда.
Когда градина становится слишком тяжёлой, чтобы её удерживал воздушный поток, она падает на землю. Иногда внутри одной градины можно увидеть слои, как у луковицы, — это следствие многократного подъёма и замерзания. Мелкий град часто тает по пути вниз, но крупные градины успевают долететь до поверхности, особенно если облако высокое, а падение быстрое.
Интенсивность града зависит от силы грозового облака и перепада температур внутри него. Чем мощнее восходящие потоки и чем ниже температура в верхних слоях, тем крупнее и опаснее могут быть градины.
Наслоение льда
Наслоение льда — это процесс, при котором капли воды в облаках замерзают и нарастают слоями, формируя градины. Восходящие потоки воздуха поднимают капли в холодные слои атмосферы, где они превращаются в ледяные ядра. Когда эти частицы сталкиваются с переохлаждёнными каплями, те замерзают на их поверхности, увеличивая размер градины.
Чем сильнее восходящий поток, тем дольше градина остаётся в облаке, наращивая новые слои льда. Если градина становится слишком тяжёлой, она падает на землю. Размер градин зависит от количества циклов подъёма и опускания внутри грозового облака.
В результате наслоения льда градины могут приобретать сложную структуру. Иногда внутри них видны чередующиеся прозрачные и мутные слои, что связано с разной скоростью замерзания воды. Прозрачный лёд образуется при медленном замерзании, а мутный — при быстром, когда в лёд вмерзают пузырьки воздуха и мелкие частицы.
Сухое прирастание
Град формируется в мощных кучево-дождевых облаках при сильных восходящих потоках воздуха. Капли воды, поднимаясь в верхние слои облака, где температура ниже нуля, замерзают и превращаются в ледяные ядра. Эти ядра начинают падать, но снова подхватываются восходящими потоками и возвращаются в холодную зону.
Сухое прирастание — это процесс, при котором ледяное ядро наращивает массу за счёт столкновения с переохлаждёнными каплями воды, которые мгновенно замерзают на его поверхности. Капли не успевают растечься, поэтому лёд остаётся пористым и непрозрачным. Такой тип нарастания характерен для областей облака с высокой концентрацией переохлаждённой воды и сильной турбулентностью.
Чем дольше градина циркулирует в облаке, тем больше слоёв льда на ней образуется. Размер града зависит от времени, проведённого в зоне роста, и силы восходящих потоков. Крупные градины формируются, если процесс сухого прирастания повторяется многократно, а скорость замерзания превышает скорость таяния.
Мокрое прирастание
Мокрое прирастание — это процесс, который участвует в формировании града внутри мощных кучево-дождевых облаков. Когда сильные восходящие потоки воздуха поднимают капли воды высоко в атмосферу, они охлаждаются ниже нуля, но не всегда сразу замерзают. Вместо этого они могут оставаться в переохлаждённом состоянии.
При столкновении таких капель с ледяными частицами или снежинками происходит их мгновенное замерзание. В результате на поверхности уже существующего градинки нарастает новый слой льда, увеличивая её размер. Если восходящие потоки достаточно мощные, градина может многократно подниматься и опускаться внутри облака, каждый раз обрастая новыми слоями.
- Чем дольше градина циркулирует в облаке, тем крупнее она становится.
- Если влаги много, нарастание происходит быстро, и град получается крупным.
- При слабых восходящих потоках градины падают раньше, не успев вырасти.
Конечный размер града зависит от силы восходящих потоков, количества переохлаждённой воды и времени, проведённого внутри облака. Мокрое прирастание — один из основных механизмов, объясняющих, почему некоторые градины достигают размеров грецкого ореха или даже куриного яйца.
Роль нисходящих потоков
Нисходящие потоки в атмосфере напрямую влияют на формирование града. Эти потоки представляют собой холодные массы воздуха, которые быстро опускаются из верхних слоев вниз. В грозовых облаках они возникают из-за охлаждения и конденсации водяного пара, что создает зоны с высокой плотностью и низкой температурой.
Когда нисходящие потоки сталкиваются с восходящими, они создают мощные турбулентные движения внутри облака. Это приводит к многократному подъему и опусканию капель воды, которые постепенно замерзают. Чем дольше капли остаются в зоне низких температур, тем больше на них нарастает ледяной слой.
Сильные нисходящие потоки могут выталкивать градины из облака, заставляя их падать на землю. Если поток достаточно мощный, градины не успевают полностью растаять, достигая поверхности в твердом виде. Без нисходящих потоков град либо оставался бы в облаке, либо превращался в дождь.
Скорость и направление нисходящих потоков определяют размер градин. Чем интенсивнее движение воздуха, тем дольше градины циркулируют в облаке, наращивая массу. В некоторых случаях это приводит к образованию крупных градин, способных нанести ущерб.
Характеристики града
Размер и форма
Град формируется внутри мощных кучево-дождевых облаков, где восходящие потоки воздуха поднимают капли воды на большую высоту. При низких температурах эти капли замерзают, превращаясь в маленькие ледяные частицы. Размер градин зависит от силы восходящего потока — чем он мощнее, тем дольше частицы удерживаются в облаке, сталкиваясь и наращивая новые слои льда.
Форма градин может быть разной: от сферической до неправильной, с выступами и неровностями. Это связано с неравномерным намерзанием переохлаждённых капель при движении внутри облака. Крупные градины часто имеют слоистую структуру, напоминающую луковицу, из-за многократного замерзания воды вокруг первоначального ядра.
Чем сильнее турбулентность в облаке, тем больше градина вращается, что влияет на её окончательную форму. Иногда внутри градин можно обнаружить пузырьки воздуха или вкрапления пыли, которые попали в лёд во время его формирования.
Внутренняя структура
Град формируется в мощных кучево-дождевых облаках, где присутствуют сильные восходящие потоки воздуха. Эти облака отличаются высокой вертикальной протяженностью, что позволяет каплям воды подниматься на большую высоту, где температура опускается ниже нуля.
Капли воды, попавшие в верхние слои облака, начинают замерзать, превращаясь в крошечные ледяные кристаллы. Если восходящий поток достаточно сильный, эти кристаллы не сразу падают вниз, а многократно перемещаются вверх и вниз внутри облака. При каждом подъеме они сталкиваются с переохлажденными каплями, которые намерзают на их поверхность, увеличивая размер.
Со временем ледяные частицы становятся слишком тяжелыми, чтобы их удерживал воздушный поток, и они выпадают в виде града. Размер градин зависит от продолжительности их нахождения в облаке и интенсивности восходящих потоков. Чем дольше они циркулируют, тем больше наращивают слои льда, иногда достигая нескольких сантиметров в диаметре.
Для образования крупного града необходимы особые условия: высокая влажность, мощные конвективные потоки и низкие температуры в верхних слоях атмосферы. Чаще всего это явление наблюдается в теплое время года во время сильных гроз.
Факторы, влияющие на окончательный вид
Град формируется в мощных кучево-дождевых облаках при наличии сильных восходящих потоков воздуха. Размер и форма градин зависят от нескольких условий. Чем мощнее восходящий поток, тем дольше частицы льда остаются в облаке, увеличиваясь в размерах. Температура внутри облака определяет структуру градин — чередование слоев прозрачного и матового льда.
Влажность воздуха влияет на скорость намерзания капель воды на ледяное ядро. Если влажность высокая, градина растет быстрее, но может стать менее плотной. При низкой влажности формируются более мелкие, но твердые частицы. Наличие переохлажденных капель воды в облаке также критично — они мгновенно замерзают при столкновении с ледяной основой.
Форма градин часто зависит от турбулентности в облаке. Сильные вихри могут придать им неправильную, шишковатую форму, тогда как спокойные условия способствуют образованию округлых или конусообразных частиц. Если градина многократно опускается и поднимается в облаке, она становится слоистой, с чередованием прозрачного и мутного льда.
Скорость падения градин зависит от их размера и веса, а также от силы нисходящих потоков. Крупные градины не успевают полностью растаять, достигая земли, тогда как мелкие могут превратиться в дождь. Все эти факторы в совокупности определяют, каким будет град — редким и мелким или густым, крупным и разрушительным.